Материал: Влияние солнечной радиации на географическую оболочку Земли

Так же без Солнца не мог бы протекать такой химический процесс, как фотосинтез. В зелёных листьях растений содержится зелёный пигмент хлорофилл - этот пигмент является важнейшим катализатором на Земле. С его помощью происходит реакция диоксида углерода и воды-фотосинтез, и одним из продуктов этой реакции является кислород - элемент, который необходим для жизни почти всему живому на Земле и глобально повлиял на эволюцию нашей планеты - в частности, радикально изменился состав минералов. Реакция воды и углекислого газа происходит с поглощением энергии, поэтому в темноте фотосинтез не происходит. Фотосинтез, преобразуя солнечную энергию и производя при этом кислород, дал начало всему живому на Земле. При этой реакции образуется глюкоза, которая является важнейшим сырьём для синтеза целлюлозы, из которой состоят все растения. Поедая растения, в которых за счёт солнца накоплена энергия, существуют и животные. Растения Земли поглощают и усваивают всего около 0,3 % энергии излучения Солнца, падающей на земную поверхность. Но и этого, на первый взгляд, мизерного количества энергии достаточно, чтобы обеспечить синтез огромного количества массы органического вещества биосферы.

Таким образом, Солнце является главным источником жизни на Земле [19].

4.2 Использование солнечной радиации человеком

Вопрос о возможности непосредственного использования солнечной энергии, интересовавший людей еще в древности, в последние годы становится все более актуальным. Проблемами технического использования солнечной радиации занимается гелиотехника, которой сейчас во всем мире уделяется большое внимание. Энергию Солнца можно использовать для технических и бытовых целей: отопления и освещения, опреснения воды, сушки фруктов и овощей и др. Чтобы достигнуть рентабельности солнечных установок, надо размещать их там, где приход солнечной энергии значителен и, главное, где имеется достаточное количество солнечных (безоблачных) дней в году.

Использование солнечной энергии в современной практике осуществляется путем преобразования ее в тепловую и электрическую энергию.

Быстрое уменьшение запасов горючих ископаемых (уголь, нефть, газ) и загрязнение окружающей природной среды при их сжигании заставляет искать более эффективные источники энергии. Прежде всего - это энергия Солнца. Для нас Солнце - ближайший термоядерный реактор-исполин, действующий уже миллиарды лет. Только к пустыне Каракумы поступает за год столько солнечной радиации, сколько содержит 3,5 млрд т нефти. Научившись утилизировать хотя бы 20 % этой радиации, мы могли бы получить с каждого участка площадью 4-5 тысяч км² по 1300 миллиардов кВт/ч.

Солнце - не только неисчерпаемый, но и абсолютно чистый источники энергии: оно не дает никаких вредных выбросов. Нет и так называемых тепловых загрязнений, способных «испортить» микроклимат местности, перегреть биосферу в глобальных масштабах, что может явиться следствием неограниченного использования термоядерной энергии.

В настоящее время выделяют четыре направления в использовании солнечной энергии: политехническое, фотоэлектрическое, биологическое и химическое.

Первое направление - это преобразование солнечной энергии в тепловую.

Второе направление - преобразование солнечной энергии в электрическую при помощи фотоэлементов - получило широкое применение в космонавтике (фотоэлектрические солнечные батареи).

Третье направление - разработка биологических систем.

Четвертое направление - разложение воды солнечным светом на кислород и водород.

Рисунок 8 - Солнечная электростанция использует солнечную радиацию для выработки электроэнергии [20]

Во многих отраслях народного хозяйства большую роль играет радиационный режим. Для научного ведения сельского хозяйства необходимо знать действительные суммы радиации, приходящей на земную поверхность в вегетационный период и во все остальные периоды года. Для этого следует учитывать характер деятельной поверхности, наличие склонов, холмов и пр., так как количество радиации, поглощенной почвой, зависит от угла падения лучей и альбедо поверхности.

Солнечная радиация широко используется в лечебных целях. Поэтому в курортологии для правильного выбора времени и дозы облучения больных необходимо знать суточный и годовой ход прямой и рассеянной радиации, их суммы и максимальные значения. Для получения этих сведений на некоторых курортах оборудованы специальные актинометрические станции.

При проектировании городов следует располагать здания таким образом, чтобы обеспечить наиболее благоприятное их освещение солнечными лучами. Необходимо знать суммы радиации, поступающей на вертикальные стены различной ориентации. При этом следует учитывать, что на них поступает не только прямая и рассеянная радиация, но и радиация, отраженная от прилегающих участков земной поверхности и от других близко расположенных зданий. Максимальные суммы солнечной радиации не всегда приходятся на летние месяцы и на южные стены. В частности, приход прямой радиации на южные стены наблюдаются в течение всего года, но максимум ее приходится на весну. С увеличением широты годовые суммы поступающей радиации уменьшается.

Северные стены облучаются с марта по сентябрь, а максимум приходится на июнь - июль. В эти месяцы с увеличением широты суточные и месячные суммы поступающей радиации увеличиваются. Приход радиации на восточные и западные стены зависит главным образом от суточного и годового хода облачности [16].

5. Сезонные изменения солнечной радиации

Нам уже известно, как меняется в течении года солнечная постоянная и, стало быть, количество радиации, приходящее к Земле. Если определять солнечную постоянную для фактического расстояния Земли от Солнца, то при среднем годовом значении 1,98 кал/см² мин она будет равна 2,05 кал/см² мин в январе и 1,91 кал/см² мин в июле.

Стало быть, северное полушарие за летний день получает на границе атмосферы несколько меньше радиации, чем южное полушарие за свой летний день.

Шарообразность Земли и наклон плоскости экватора к полюсу эклиптики (23,5^о) создает сложное распределение притока радиации по широтам на границе атмосферы и его изменения в течение года.

Рисунок 9 - Приток солнечной радиации на горизонтальную поверхность в зимнее и летнее полугодия и за весь год в зависимости от географической широты [21]

Из рисунка видно, что за год количество приходящей солнечной радиации меняется от 318 ккал на экваторе до 133 ккал на полюсе.

Зимой приток радиации очень быстро убывает от экватора к полюсу, летом - гораздо медленнее. При этом максимум летом наблюдается на тропике, а от тропика к экватору приток радиации несколько убывает.

Малая разница в притоке радиации между тропическими и полярными широтами летом объясняется тем, что высоты Солнца в полярных широтах летом ниже, чем в тропиках, но зато велика продолжительность дня. В день летнего солнцестояния полюс, поэтому получал бы в отсутствии атмосферы больше радиации, чем экватор. Однако у земной поверхности в результате ослабления радиации атмосферой, отражения ее облачностью и пр. летний приток радиации в полярных широтах существенно меньше, чем в более низких широтах.

Расчеты показывают, что на верхней границе атмосферы вне тропиков имеется в годовом ходе один максимум радиации, приходящийся на время летнего солнцестояния, и один минимум, приходящийся на время зимнего солнцестояния. Но между тропиками приток радиации имеет два максимума в год, приходящиеся на те сроки, когда Солнце достигает наибольшей полуденной высоты. На экваторе это будет в равноденствий, в других внутритропических широтах - после весеннего и перед осенним равноденствием, отодвигаясь тем больше от сроков равноденствий, чем больше широта. Амплитуда годового хода на экваторе мала, внутри тропиков невелика; в умеренных и высоких широтах она значительно больше [6].

Заключение

Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что Солнце является источником жизни всего земного. Оно играет огромную роль в протекании химических процессов на Земле. Солнце испаряет воду с океанов, морей, с земной поверхности. Оно превращает эту влагу в водяные капли, образуя облака и туманы, а затем заставляет ее снова падать на Землю в виде дождя, снега, росы или инея, создавая, таким образом, гигантский круговорот влаги в атмосфере.

Солнечная энергия является источником общей циркуляции атмосферы и циркуляции воды в океанах. Она как бы создает гигантскую систему водяного и воздушного отопления нашей планеты, перераспределяя тепло по земной поверхности.

Солнечный свет, попадая на растение, вызывает у него процесс фотосинтеза, определяет рост и развитие растений; попадая на почву, он превращается в тепло, нагревает ее, формирует почвенный климат, давая тем самым жизненную силу, находящимся в почве, семенам растений, микроорганизмам и населяющим её живым существам, которые без этого тепла пребывали бы в состоянии анабиоза (спячки).

А разве могли бы обойтись без солнца люди и животные? Конечно, нет. Они, если не прямо, то косвенно зависят от него, поскольку не могут жить без воды и без пищи.

Таким образом, можно сделать вывод, что Солнце - это основной источник энергии на Земле и, первопричина, создавшая большинство других энергетических ресурсов нашей планеты, таких, как запасы каменного угля, нефти, газа, энергии ветра и падающей воды, электрической энергии и т. д.

Список использованных источников

1 Большой информационный архив [Электронный ресурс] // Солнечная радиация, какой она нам представляется. - 2010. - 2 марта. - URL: http://big-archive.ru/geography/sun_on_earth/3.php (дата обращения: 13.02.2015).

2 Гонтарук Т.И. Я познаю мир: энциклопедия. - М.: ООО «Издательство АСТ», 2003. - 445 с.

3 Матвеев Л.Т. Курс общей метеорологии. Физика атмосферы: учебное пособие для студентов вузов. - 2-е изд., испр. и доп. - Л., 1994 - 751 с.

4 Мировая тема - популярное издание [Электронный ресурс] // Солнце - источник радиации. - 2015. - 14 января. - URL: <http://goo.gl/1kuDd6> / (дата обращения 2.03.2015).

Косарев В.П., Андрющенко, Т.Т. Лесная метеорология с основами климатологии: учебное пособие. - 2-е изд., перераб. - М.: Издательство «Лань», 2007. - 288 с.

Хромов С.П., Петросянц, М.А. Метеорология и климатология: учебное пособие. - 8-е изд., - М.: Издательство Московского университета, 2013. -

с.

Пиргелиометрия [Электронный ресурс] // Пиргелиометр. - 2014. - 27 октября. - URL: <http://goo.gl/3PQxW1> (дата обращения 23.03.2015).

Актинометрия [Электронный ресурс] // Актинометр. - 2015. - 19 июля. - URL: http://goo.gl/SukTda (дата обращения 23.03.2015).

Большая советская энциклопедия [Электронный ресурс] // Пиранометр. - 2015. - 13 апреля. - URL: http://goo.gl/91uM3W (дата обращения 23.03.2015).

Хромов С.П. Метеорология и климатология. - 4-е изд., перераб. - М.: Издательство Московского университета, 1994. - 584 с.

Моргунов В.К. Основы метеорологии, климатологии. Метеорологические приборы и методы наблюдений: учебное пособие. - Новосибирск: Сибирское соглашение, 2005. - 331 с.

12 Кондратьев К.Я., Биненко В.И., Мельникова В.И. Метеорология и гидрология: учебное пособие. - М., 1996. - 174 с.

Фоторепортаж [Электронный ресурс] / Желтоватая окраска облаков. - Москва, 2015. - URL: http://goo.gl/X8yJal (дата обращения 15.03.2015).

Явления солнечно радиации [Электронный ресурс] / Рассеянный свет в дневное время. - М., 2015. - URL: http://goo.gl/qkVLoa (дата обращения 15.03.2015).

16 Гуральник И.И., Дубинский Г.П., Ларин В.В., Мамиконова С.В. Метеорология. - 2-е изд., перераб. - Л.: Гидрометеоиздат, 1982. - 440 с.

Будыко М.И. Метеорология и гидрология: учебное пособие. - М., 1998. - 129 с.

18 Биофайл - Научно-информационный журнал [Электронный ресурс] // Влияние Солнца на планету Земля. - 2014. - 4 апреля. - URL: http://biofile.ru/kosmos/4362.html (дата обращения: 3.03.2015).

Захаровская Н.Н., Ильинич В.В. Метеорология и климатология: учебное пособия для студентов высш. учеб. заведений. - М.: КолосС, 2005. - 127 с.

Информационное агентство региональной политики [Электронный ресурс] / Солнечная электростанция. - М, 2015. - URL: http://goo.gl/OqpsCs (дата обращения 25.03.2015).

Учебные материалы [Электронный ресурс] / Приток солнечной радиации. - 2015. - 24 ноября. - URL: http://goo.gl/2iaXkt (дата обращения 27.03.2015).